高层钢结构住宅装配节点施工技术

2022-11-15刘一鸣

科技与创新 2022年12期

刘一鸣

（山东华邦建设集团有限公司，山东潍坊 262500）

运用高层钢结构住宅装配节点施工技术时，会存在很多风险问题，比如蠕性形变风险、焊接工艺缺陷风险、材料缺陷风险、防腐工艺缺陷风险等，这些风险问题会影响钢结构整体系统的稳定性和安全性，加大了高层建筑的风险隐患。因此，进行高层钢结构住宅装配节点施工时，需要研究分析各种风险缺陷问题，通过加强培训、打造高素质团队、精细化系统化管理施工过程等管理策略，提高钢结构住宅装配节点的施工效率和质量，确保高层住宅质量符合相关建设要求和行业标准，提升企业的经济效益和社会效益。

1 钢结构住宅装配节点施工技术

1.1 梁、柱结构的节点施工

在高层钢结构施工中，梁、柱结构类型分为H形和悬臂形，它们的节点施工方式存在差异性，施工人员需要根据具体类型采用合适的施工技术。在实际的高层建筑钢结构住宅建设中，H形截面是常见的钢结构梁柱施工形式。进行高层钢结构H形梁、柱结构节点施工时，连接处需要使用强度高的螺栓，最好不要使用焊接方式，这是因为在焊接过程中会产生一定的应力，导致钢结构出现焊接形变问题，从而大大降低了钢结构的荷载力，影响了高层建筑整体的稳定性，而通过使用高强度螺栓则能够确保连接节点的受力性能得到显著增强，提高高层钢结构住宅的整体质量，保证使用安全。进行高层钢结构悬臂短梁、柱结构节点施工时，通常会在加工厂提前使用焊接方式对悬臂短梁与柱的节点处进行有效连接；如果需要在施工现场进行连接，为了提高连接效率和质量就需要使用预制拼接方式。进行预制拼接施工时，节点处通过使用高强度螺栓进行连接，不仅能提高施工效率，还能确保节点连接处的稳固性，为后续工程施工奠定坚实的基础。

H形截面分为强轴体和弱轴体，截面上2个主轴截面的刚度完全不同，差异性很大，尤其是在柱截面应用中，由于弱轴体缺乏良好的稳定性，不仅无法达到施工的相关建设要求，而且不具备优异的经济性能。跟H形钢柱相比，钢管柱与其主轴截面具有良好的刚度以及较高的截面惯性矩，拥有相似的承载能力，将其应用在室内中，不仅美观好看，而且能够方便后续装修装饰工程施工，保证了装饰工程的施工效率。此外，对于钢与混凝土组合结构的建筑来说，通过使用钢管混凝土柱能够充分发挥出钢结构与混凝土材料的应用优势，提高建筑结构的抗火性能和结构整体的承载性能，这也是其在中国装配式建筑工程被广泛应用的主要原因。然而钢管柱属于闭口型的截面形式，进行装配式连接时，它与H形钢梁无法高效连接，难度很大，而且进行螺栓紧固处理时，由于缺乏适宜的操作空间导致实际操作效果不佳，这对其在装配式连接节点工程的实际应用非常不利，起到了一定的限制作用。随着科学技术的高速发展，中国不断研究新型的装配节点施工技术，持续优化完善连接节点技术，在原有的基础上进行优化创新和更新换代，显著提升连接节点技术的实际应用效果。

1.2 墙板结构的节点施工

高层建筑虽然具有不同的建筑施工要求，但是大多数情况下施工墙板主要使用的是蒸压轻质加气混凝土板。蒸压轻质加气混凝土板的主要原材料有水泥、砂子、石头等，它的主要优势为自身的质量很轻，安装简单便捷，并具有良好的保温性能和隔音性能，同时防火性能优异，这样就能够提高高层钢结构住宅的保温效果和隔音效果，延长住宅建筑的使用年限，确保人们的居住安全。一般来说，蒸压轻质加气混凝土板的保温效果是普通材料的10倍之多。

进行墙板结构节点施工时，需要注意以下细节问题：①对外墙板与梁进行连接时，如果采用的是双层蒸压轻质加气混凝土板墙板，安装顺序为先安装外墙侧板，再安装内层墙板，最后进行灰缝施工，填补好灰缝。进行外墙侧板安装时，墙板需要使用机械设备吊装到规定的高度，再使用缆风绳将墙板移动到指定方位，墙板到达指定位置后就需要固定处理，通常使用的是L形勾头，确保保温板与外墙侧板表面两者贴合的紧密性。②进行墙板间隙连接施工时，钢骨架是必不可少使用的工具，钢龙骨与墙板间的距离需要保持在30 cm，固定时使用自动螺丝钉，螺丝钉适宜长度为5 cm。③进行墙板与门窗连接节点施工时，需要先安装门窗下部分的墙板，再安装上部分墙板，上部分墙板中需要设置好骨架，门窗部门的墙板固定时还是需要使用自动螺丝钉进行固定，提高牢固度。④进行外墙板与柱连接节点施工时，需要同时使用双层蒸压轻质加气混凝土板和保温层，在钢柱的连接处，需要首先固定蒸压轻质加气混凝土板，然后2个墙板的缝隙位置需要插入c3连接件，最后再使用螺钉进行固定，将T形节点焊在钢柱上，以上工序完成后，就可以进行保温板铺设工作[1]。

2 钢结构住宅装配节点施工技术中存在的风险

2.1 蠕性形变风险

进行钢管束和H形钢梁安装时，由于自身质量的影响以及应力变化作用，导致钢结构出现形变问题。加上结构抗性的影响，钢结构形变过程中会产生2部分的形变风险，其一是弹性形变风险，其二是蠕性形变风险，蠕性形变风险所带来的危害性是比较大的。蠕性形变不仅会对钢结构的结构受力性质产生直接影响，也会严重影响钢结构的材料分子结构。通常情况下，一旦钢管束和H形钢梁安装完成后，就需要及时浇筑混凝土，利用混凝土的抗弯、抗剪特性对钢结构的蠕性形变进行有效保护，以此来大大降低钢结构装配节点施工的应力风险。如果混凝土浇筑不及时，钢结构就会出现蠕性形变，加大了钢结构装配节点施工的应力风险，再加上风力等共振影响，钢结构就会出现振动疲劳或者高周疲劳问题，带来的后果更为严重。因此，在进行钢结构装配节点安装施工时，需要高度重视框剪结构混凝土的浇筑、振动、养护工作，各个施工工序间需要保持密切配合，避免加大钢结构的施工安装风险。

2.2 焊接工艺缺陷风险

在高层钢结构住宅建筑施工中，通常都是使用焊接的形式来有效连接各个构件的节点部分，这就对焊接工艺提出了更高的要求，钢结构的焊接质量会对钢结构住宅建筑的牢固程度产生直接影响。由于高层建筑的建设高度高，整体的焊接工作量比较大，焊接工艺也多而复杂，拿H形钢梁成型来说，涉及到的焊接工艺就有好几种，比如高频焊接、热轧方式等，它们在加工工艺、损耗和特点上都有很大的区别。此外，在进行装配节点施工时，也需要使用种类不同的焊接工艺。就现阶段的钢结构焊接安装来说，主要使用的是手持式焊接设备，在焊接过程中会出现一定的缺陷风险，比如焊接裂纹、空焊等问题。这些缺陷风险会给焊缝的应力应变和结构抗性带来不良后果，一旦系统结构出现疲劳，节点焊接处就会出现应力改变或者应力破坏，导致风险问题产生。

2.3 材料缺陷风险

在高层钢结构住宅建设中，为了提高整体结构的稳定性和安全性，主要使用的是标准较高的建筑结构专用钢材，比如1 297 t的低合金髙强度结构钢。正常情况下，这种钢材基本不会出现材料缺陷问题，但是由于各种外在因素的影响，材料本身缺陷问题还是存在一定的发生概率，比如：①钢材本身微晶结构的缺陷，原因在于材料成分控制不合理、炼钢和轧钢过程中使用的工艺不当等造成的，大大降低了钢材较大面积的结构应力应变性能，这样的钢结构安装成型后，整体系统的应力应变特性就不符合相关的标准要求；②在轧钢过程中，钢材会出现一些微观缺陷问题，比如气泡、裂隙问题等，这样钢材局部就会出现材料缺陷，加大了钢结构系统本身的隐患风险[2]。

2.4 防腐工艺缺陷风险

在钢结构的原电池反应作用下，钢结构会出现锈蚀情况，如果采取了防腐设计，强制阴极反应系统就能够对钢结构的整体锈蚀过程起到很好的抑制作用。但是，对于部分已经发生锈蚀情况的钢结构来说，抑制作用意义并不大，这就给钢结构整体系统带来很大的风险隐患。钢结构安装完成后，需要打磨处理钢结构表面，也可以将防锈涂层涂刷在钢结构表面，通过这2种方式能够有效避免钢结构表面直接接触到空气，

确保钢结构具有良好的防腐性。如果钢结构本身就存在气泡、裂隙等微观缺陷，那么钢结构材料表面的锈蚀就会直接侵入到内部，采用打磨处理方式只能清除表面的锈蚀，并不能完成去除掉内部深处的蓬松氧化物，即便是涂刷了防腐涂层，钢结构仍旧会存在一些锈蚀点。经过时间的推移，防腐工艺缺陷会给钢结构本身带来巨大的隐患。

3 高层钢结构住宅装配节点施工技术的有效管理策略

进行高层钢结构住宅装配节点施工时，需要采取有效的管理策略，全面落实钢结构装配节点施工技术，提高施工效率和质量，确保钢结构整体系统的稳定性和安全性，最大限度发挥出钢结构的应用优势。具体可以从以下几个方面入手。

3.1 做好装配节点设计工作

进行高层钢结构住宅装配施工时，通常是由第三方设计院完成所有的规划设计和施工设计，当各设计方案完成后，施工单位可以根据承包合同赋予的相关权限适度修改调整施工设计方案，这就导致很多施工设计成果无法被应用到实际施工中。尤其是钢结构节点吊装和焊接等施工工艺方面，施工单位会对其进行大幅度修正，究其原因，设计人员进行方案设计时，往往基于以往的工作经验，过多的依靠有限元模型和3D模型的模拟论证，导致施工设计无法贴合施工现场的实际情况，实用性较差。如果施工过程中出现变更设计，所带来的影响更加严重，不仅会变动所有构件的连接节点，还会波及原本已经施工建设好的成果，需要改动已经安装好或者加工的构件，带来不可预估的经济损失。因此，在高层钢结构住宅装配施工前期，需要将装配节点设计工作作为重中之重，提高整体装配节点设计的科学性、合理性和可行性，避免施工过程中出现质量安全隐患和工艺缺陷问题。设计人员需要考虑好所有预制构件的连接节点以及安装误差，在设计环节完全溶解消化掉误差，减少施工过程中的设计变更问题，确保施工和后期的装饰装修等工序完美衔接。

3.2 严格控制采购验收环节，强化材料管理

建筑材料是高层钢结构住宅建设的重要元素，常用的建筑材料有低合金高强度结构钢、焊条、除锈剂、防腐涂料等，这些材料的质量合格与否都会直接影响到高层钢结构住宅的整体建设质量。如果材料采购和验收环节出现问题，在施工过程中很可能出现材料缺陷风险，也可能会引发蠕性形变风险，因此，施工单位需要对采购、验收环节进行严格把控，强化材料管理，确保流入到施工环节的各项建筑材料质量符合施工要求。拿钢结构系统的材料质量控制来说，如果由承建方负责材料采购，那么就需要以采购合同的技术条款作为验收依据，采购验收过程中可以采取全检或者抽检的方式，仔细观察钢结构的外观质量，查看外观是否存在划痕、污渍，还需要采用专业仪器检测材料的相关技术指标，确保材料的使用性能符合合同要求和行业标准。当然承建方也可以将验收工作全权委托给第三方检测机构，由第三方提供专业的技术服务，提高材料检测效率和质量。如果是由建设方负责材料采购，那么当承建方接手材料时，确保双方的负责人全部在场的情况下进行验收，详细记录各项验收结果，验收合格后双方负责人需要在相关验收资料上签字盖章，避免日后材料出现质量问题时双方推诿责任。

建筑材料进入施工现场后，施工单位需要制定全面完善的材料管理制度，安排专人负责材料存储工作。所有的建筑材料需要严格按照存储条件分类堆放，不能随意堆放或者混放在一起，同时对于材料还需要做好防潮、防水、防火工作，避免钢结构材料出现腐蚀问题。建筑材料堆放完成后需要做好标识，标示牌中详细记录材料名称、数量、规格、型号、入场日期、使用节点等，方便后续施工人员领取材料，避免出现材料发放失误问题。

3.3 采用系统化、精细化管理方式，加强施工现场管理

在高层钢结构住宅施工中，施工单位需要采用系统化、精细化管理方式，严格管理施工现场的各项活动，各部门、各人员需要提前协调沟通，各工艺流程、施工技术需要环环相扣，整合协调各方资源，实现资源共享，提高施工规范性和流程化，确保高层钢结构住宅装配节点施工高效有序进行，有效规避施工中的缺陷风险。精细化管理内容可以围绕施工人员、机械设备、施工流程等展开，比如施工人员精细化管理，需要了解各施工人员的施工特长，将其安排在合适的岗位上，确保人尽其才，才尽其用。机械设备精细化管理是指工程负责人需要了解各施工流程和施工技术所需要用到的机械设备，据此合理安排机械设备的入场时间，避免所有设备同时入场施工现场出现拥堵情况，也给施工现场带来安全隐患。设备入场后，还需要定期检查设备，进行日常的保养维护工作，确保设备最大限度发挥出使用性能，提高施工效率。

3.4 全方位学习，打造高素质的施工团队

首先，需要组织各管理人员深入学习技术合同，施工各工序的管理人员、企业高管等都需要到场学习，通过对技术合同进行学习、研究，能够梳理出技术合同中的各种施工要点，提前采取有效对策解决施工中可能存在的各项问题，确保施工安全，提高效率和质量。必要情况下，还需要制定多种管理预案，安排管理人员、施工人员、项目主管、质量监督员等进行现场预演，通过提前预演多套预案，预先控制施工中所有可能出现的管理问题。其次，技术部门需要全面了解施工工艺方案，在此基础上做好技术交底工作，向施工人员详细讲解钢结构住宅装配节点施工中的施工要点、施工注意事项、重难点环节、薄弱环节等，确保施工人员明确掌握施工流程和施工工艺，保证装配节点施工安全有序进行。再次，施工企业要从施工技术入手，组织施工人员进行施工技能培训。施工技能培训围绕理论知识和实践操作2方面内容展开，培训工作结束后需要对所有的施工人员进行技术考核考评，确保施工人员掌握先进的施工技术。技术考核通过的施工人员需要颁发合格证书，考核未通过的人员需要继续再培训教育，直到其考核通过为止，所有进入施工现场的施工人员必须持证作业，严禁违规作业和无证作业，从根本上保证施工安全，切实提高高层钢结构施工效率和施工质量。最后，所有分包方的现场负责人也需要对现场管理预案进行深入学习和交流，分包方的管理流程与承建方的管理流程要始终保持步调一致，同步进行，避免管理流程不一致引发责任推诿现象。